Способ измерения оптического поглощенияв покрытиях

Способ измерения оптического поглощенияв покрытиях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЛ ИСАЙКЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советск их

Сощиалистическик

Республик (11) 73ОО84

Ф

1 (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 15.0б.78 (21) 2628839/18-25 с присоединением заявки J% (23) Приоритет

Опубликовано107.08.81 ° Бюллетень 34 29 (51)M. Кл.

G 01 Й 21f39. Гвеударствеииый комитет

СССР оо делам иаобретеиий и открытий (53) УДК, 535.242 (088.8}

Дата опубликования описания 07 08 81

С. Е. Бурыкин, Г.М. Зверев, Л;А.Скворцов и В. П. Фомичев (72) Авторы изобретения (? l ) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗИЕРьнИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ

В ПОКРЫТИЯХ

Изобретение относится к способам измерения оптического поглощения в тонкопленочных покрытиях и может применяться в лазерной технике и оптике.

Известен способ, позволяющий измерять оптическое поглощение в дизлек5 трических покрытиях, составляющее т4 0,0017 от падающей мощности, который практически исключает влияние рассеянного излучения на точность из10 мерений. Это достигается теМ, что лазерное излучение, частично поглощенное покрытием, вызывает изменение . температуры покрытия и подложки, которое измеряется при помощи тонкопле-, ночного резистивного датчика температуры, напыпенного на подложку (1 1.

Однако для расчета поглощения необходимо знание теплофизических ха" рактеристик, таких как теплоемкость, теплопроводность покрытий, которые отличаются от аналогичных характеристик массивных образцов и для большинства покрытий не известны. Так как исследуемый образец помещается в вакуумную камеру с целью обеспечения хорошей теплоизоляции, для достижения стационарной температуры в процессе облучения образца, а следовательно, и для проведения измерений поглощения, то требуется значительное, до десятков минут, время.

Известен способ измерения оптического поглощения в покрытиях путем облучения их лазерным излучением (2), который обеспечивает возможность измерений достаточно малых поглощений

А C.1Х и не требует знания физических констант материала, характеризующих например, теплофиэические свойства исследуемого покрытия.

Согласно этому способу поглощение в исследуемых покрытиях вычисляется по формуле

А = Р ) / А+ (ЯО Ъ>> в которой Р— мощность лазерного излучения, поглощенная в покрытии;

Б р — мощность отраженного от обраэ- ца лазерного излучения. Величины Р5 и Р измеряются в работе следующим образом. Образец, помещенный в вакуумную камеру, облучается лазерным излуЧением с известной мощностью, 5 при этом регистрируется равновесное значение его температуры. Держатель, на котором образец крепится, соединен с резервуаром, подцерживаемым при постоянной,темйературе. После 10 прекращения воздействия лазерного излучения равновесное значение температуры образца воспроизводится путем контакта с нИм резистивного нагревателя. Подводимое в этом случае нагревателем к исследуемому образцу в единицу времени тепло равно поглощенной в покрытии мощности лазерногоо излучения Р и может быть легко изS мерено. Мощность отраженного лазерного излучения Р определяется аналогичным образом прй поглощении зачерненным конусом луча лазера, отраженного от покрытия, и воспроизведении равновесного значений температуры конуса путем контакта с ним нагревателя.

Этот способ позволяет измерять поглощение в покрытиях, составляющее

А < 1Х от падающей мощности, однако он обладает рядом недостатков: длитель- Зо ный цикл одного измерения, превышающий г 40 мин, не считая времени, затраченного на предварительную откачку вакуумной камеры. Для измерения оптического поглощения в покрытиях,которые обладают значительным светорассейнием, такой способ малопригоден . вследствие того, что диффузно рассеянное излучение, не попадая в за. черненный конус, может существенно влиять иа результат измерений, особенно в случае измерений на коротких длинах волн излучения, где рассеяние может сказываться в первую очередь. 45

Цель изобретения — сокращение времени измерения и уменьшение влияния рассеянного излучения на результат измерений.

Это достигается тем, что последовательно регистрируют переменную составляющую теплового излучения Up и U иснущенного исследуемым покрытием при его облучении периодически следующими импульсами лазерного ss излучения на двух длинах волн генераций )р и 1. со. средней мощностью

Р и Р соответственно, измеряют поглощение А.g на калибровочной длине

730084 4 волны „, после чего расчет поглощения А на длине волны излучение проводят по фоРмуле

Ар=А (upi U,) (1 le>) С )

Измерение оптического поглощения в покрытиях по предлагаемому способу проводится следующим образом.

Исследуемое покрытие, нанесенное на подложку, облучается периодически следующими импульсами лазерного излучения, на длине волны которого необходимо измерить величину поглощения Ар(рабочая длина волны Я.р) . При этом приемное устройство регистрирует переменную составляющую теплового излучения U, испускаемого покрытием вследствие частичного поглощения в нем падающего лазерного излучения с известной средней мощностью

Рц) .

Связь между сигналом теплового излучения Up и абсолютной величиной поглощения А на длине волны излуР чения g определяется следующим обР раЖи. Покрытие облучается лазерным излучением, длина волны которого К, калибровочная длина волны, выбирается такой, чтобы покрытие обладало достаточным поглощением А для возможности его измерения традиционным, например, спектрофотометрическим способом. В этом случае приемное устройство регистрирует тепловое излучение 01 при воздействии на покрытие лазерного излучения со средней мощностью Р .

Для проведения измерений оптического поглощения покрытий таким способом необходимо, чтобы покрытие наносилось на подложку, приготовленную из материала, обладающего достаточной степенью прозрачности на длинах волн излучения 3.р и к . Тогда поглощение покрытия на длине волны излучения $ дается выражением (1:).

На чертеже представлена схема измерений по предлагаемому способу..

Схема состоит иэ лазеров 1 и 2 с длинами волн генерации Хр и 3 g, ис; следуемого покрытия 3, абтюратора 4, приемника 5 излучения, усилителя б, индикатора 7, объектива 8.

При помощи предлагаемого способа проведено измерение поглощения в.поKpbltHHX H3 pBgOKHCH титана T10 HG длине волны 1,06 мкм.

В качестве источника излучения на длине волны Хр = 1,06 мкм служит

730084 6 торой объективом собирается теплоя вое излучение, S=),2 мм, причем пироприемник и исследуемое покрытие по- мещаются на двойном фокусном расстоянии от плоскости объектива. Во избелазер на АИГ: ЙсР» — 1, работающий в непрерывном режиме генерации. Средня мощность излучения лазера составляет

40 Вт. Используемый в качестве излучения с калибровочной длиной волны

СО лазер 2, также работающий в непрерывном режиме генерации, имеет среднюю мощность излучения 2Вт. Диаметр лазерного луча с длиной волны

3 р 1,06 в месте, где помещается об- 10 раэец, равен диаметру луча СО лазера и составляет около 5,2 мм. Исследуемые покрытия 3, нанесенные на подложки иэ NaCl, обладающего высокой степенью оптической прозрачности на !5 длинах волн излучения =1,06 и =10,6 мкм, облучаются лазерными импульсами длительностью =2-10 с и частотой следования 1= 25 Гц. При этом импульсы лазерного излучения фор- о мируются при помощи вращающегося диска с отверстиями 4 и их параметры подбираются с целью получения максимального сигнала теплового излучения. В качестве приемного устройства 5, ре. гистрирующего тепловое излучение, используется пироприемник на основе танталата лития, сигнал с которого через усилитель 6 подается на индикаторное устройство 7. Для увеличения поля зрения приемника;применяется объектив 8, изготовленный из германия, с фокусным расстоянием Г48мм . и диаметром светового отверстия ф 30 мм При этом угол & (cM фиг ° 1 ) З5

О составляет 9=20, а площадка, с ко25 Время, необходимое для измерения оптического поглощения в одном покрытии, определяется инерционностью регистрирующей аппаратуры, необходимостью определения трех неэависизо мых параметров U>, 0 и А и не превышает 2-3 мин.

Поглощение оптического излучения на длине волны

gp= 1,06 мкм в диэлектрических покрытиях иэ двуокиси титана

0,)0

0,001

0 30 09

1 может быть осуществлен в лабораторных и заводских условиях.

Формула изобретения

Спосдб измерения оптическогб пог= лощения в покрытиях путем облучения . их лазерным излучением, о т z и ч аю шийся тем, что, с целью сокра«

55 ,щения времени измерения и уменьшения влияния рассеянного излучения на результат измерений, последовательно ре; гистрируют переменную составляющую

Сравнительные испытания данного способа показали, что он позволяет значительно сократить время измерений, а это особенно важно для эффективного контроля технологического процесса напыления. "Данный способ позволяет увеличить точность измерений до 10-15Х и достичь значе" ний поглощения 0,001. Предлагаемый способ прост в осуществлении и легко жанне попадания на пироприемник рассеянного излучения на ) =10,6.мкм перед его приемной площадкой крепится пластина из LiF толщиной 1,2 мм.

В свою очередь, германиевый объектив полностью исключает возможность попадания на пироприемник рассеянного излучения с gp =1,06 мкм. Измерение оптического поглощения А на длине волны излучения $ проводится на инфракрасном спектрофотометре, позволяющем регистрировать спектры пропускания и отражения. Вклад рассеянного . излучения в определение величины А практически исключен, так как основйые потери на длине волны - связаны с поглощением излучения в..-.покрытии.

Данные о величинах поглощения в исследуемых покрытиях на длине волны излучения 1).р=),06 мкм приведены в таблице.

73О084

Составитель О. филиппов

Редактор С. С кова Техред Н.Ковалева Корректор E.Ðîøêî

Заказ 5913 49 Тираж 907 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий л

113035, Иосква, Ж 35, Р.ушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 теплово>o излучения Uр и U нспуценного покрытием при его облучении периодически следующими импульсами лазерного излучения на двух длинах волн генерации р н Р< со средней мощностью Р1 и Р1 соответственно, измеряют поглощение А на калибровочной длине волны Рк, после чего расчет поглощения А .на длине волны излучения Wp проводят по формуле

Источники информации, принятые во Вннманне при экспертизе

1. H,Grems, Н. Че11ing, Н.Е.Shel

Heasurement of 0ptical absorbsion

in the dielectric reflectors. Appl, Phys ч.1, 1973, р. б9.

2. R.A.Hoffman. Apparatus for thе

measurement of optical absorptisity

in laser mirrors. Арр1. Opt ч.13, И б, 1974, р. 1405 (прототип) .